折射率和粒子尺度对大气气溶胶光散射特性的影响

采用Mie散射方法计算了小尺度范围内,0.65 m波长大气气溶胶粒子光学特性与折射率、粒子尺度参数的关系,并分析了折射率虚部对气溶胶粒子散射相函数的影响。结果表明:在小尺度范围内,气溶胶粒子散射特性受折射率、尺度参数影响较大,折射率实部和尺度参数对消光效率因子等非散射角散射参量的影响存在一定程度的对称性。同时还发现,在特殊散射角位置,无论对于单粒子还是对于多分散粒子群系统,气溶胶粒子（群）的散射相函数与折射率虚部基本无关,不同折射率虚部的散射相函数在前向散射方向存在交点,交点位置随粒子尺度参数的变化基本为高斯分布。随着粒子尺度参数的增大,交点位置向前向小角方向移动,并逐步趋于离散。这一结论对了解大气气溶胶粒子的散射效应具有一定的参考意义。     

大气气溶胶粒子散射相函数的数值计算

大气气溶胶粒子作为大气电磁环境的重要组成成分之一,在紫外、可见到红外波段内严重影响电磁波的传输特性。散射相函数是研究气溶胶中电磁波传输特性的一个重要参量,依据粒子电磁散射理论,数值计算了球形和椭球形气溶胶粒子在红外波段给定波长入射时散射角余弦的一阶矩,给出了气溶胶粒子HG相函数和改进HG*相函数的数值结果,并将球形气溶胶粒子的这两种相函数和Mie散射相函数进行了对比。结果表明:随着波长的增加及气溶胶粒子尺寸参数的减小,HG*相函数能更好地体现红外波段气溶胶粒子的散射特性。相函数的准确计算可为研究气溶胶中红外激光的传输特性奠定基础。     

多激光波长在不同稀薄随机分布冰晶粒子层的散射特性

依据稀薄随机分布冰晶粒子的激光散射特性,当球形冰晶粒子分别服从指数、对数正态、Gamma三种不同分布时,数值计算并分析了0.65、1.31、1.55 m激光入射下不同稀薄随机冰晶粒子层的微分散射截面随散射角的变化关系。结果表明:入射激光波长的改变对冰晶粒子层的微分散射截面有一定的影响;当冰晶粒子服从指数分布时稀薄随机分布冰晶粒子层的微分散射截面最大,要比其他两个分布大几个数量级;不同激光波长和冰粒子的尺度分布对稀薄随机分布冰晶粒子层的激光散射特性有较大影响。文中所做的工作为进一步开展地空链路中冰晶粒子云层对激光传输特性的影响研究奠定基础。     

海洋悬浮粒子的光学后向散射率特性研究

后向散射率不仅是机载激光雷达探测海水后向散射信号的重要参量,也是海洋悬浮粒子重要的光学特性,根据米氏散射理论及其散射相函数计算公式,推导出了海洋悬浮粒子后向散射率的计算公式.通过对海水中的藻类粒子和悬浮泥沙颗粒散射相函数的分析,获取这两类主要海洋悬浮粒子各自的后向散射率,并进一步分析了后向散射率与粒子半径和波长的关系.仿真计算结果表明,当探测波长一定时,藻类粒子的后向散射率随粒子半径的增大而增大,而悬浮泥沙颗粒的后向散射率随粒子半径的增大而减小;当粒子半径一定时,藻类粒子和悬浮泥沙颗粒的后向散射率均随探测波长的增大而增大.     

脉冲激光引信烟尘环境回波模拟计算方法

针对常用Henyey-Greenstein散射相函数(H-G散射相函数)在描述单个粒子前向及后向散射特性时的不准确性,提出将基于 T 矩阵法的散射相函数用于激光烟尘散射研究的方法。通过 T 矩阵法计算烟尘粒子单次散射特性,并提出基于离散散射相函数的散射角抽样方法,利用随机数描述多重散射的散射分布,结合光子的半解析接收方法,建立了激光引信在烟尘环境下发射及接收的理论模型。为验证理论模型的正确性,通过封闭烟尘环境实验室,对激光引信在实际烟尘环境下的接收能力进行测试,分析不同烟尘浓度及湿度条件对回波的影响,并与采用H-G散射相函数理论模型的计算结果进行对比。结果表明,随着烟尘浓度和湿度的增加,激光回波幅度也相应增大,且基于 T 矩阵散射相函数的回波仿真方法与实验结果更吻合,尤其是烟尘浓度较大的情况,实验与理论分析结果一致。     

舰船远程尾流气泡群的前向光散射特性研究

利用Mie理论计算了舰船尾流气泡群的归一化体散射函数和散射能量分布函数,分析了尾流气泡群的前向光散射特性。计算和分析结果表明,气泡群的前向散射光强度远大于后向散射,前向散射能量占总散射能量的90%以上;散射能量分布函数在小于1°的前向小角度散射角范围内迅速增加到40%以上,然后随散射角的增加缓慢增加;气泡表面附着的有机膜会显著地增强气泡群的后向散射,但对前向散射的影响不大。     

纳米级颗粒系对激光的多次散射特性

激光在具有一定浓度的离散随机介质中传输时,将会经历多次散射.为了研究纳米级颗粒系对激光的多次散射特性,建立了一种考虑颗粒多次散射的累加模型.利用此模型研究了纳米级颗粒系对激光的多次散射特性,得到了反射和透射光强随着散射角以及光学厚度的变化关系.粒子的单次散射相函数采用瑞利相函数,并与根据Mie计算的相函数进行了比较.结...     

微米镍粉在太赫兹波段的Mie散射特性研究

为研究微米镍粉对太赫兹波的屏蔽效果,本文运用Mie氏散射理论,数值计算了微米镍粉在太赫兹波段的散射特性。研究获得了光学截面与粒子半径和入射波长、散射强度与散射角和粒子尺寸参数x的关系曲线。结果表明,微米镍粉在太赫兹波段的消光作用以散射为主;粒径对镍粉的消光效果有很大影响,可以通过控制粒径来设计具有太赫兹屏蔽效果的材料。随粒径的增大,消光截面先增加再振荡降低最终趋近于一定值;粒径越小散射强度越低且散射光强集中分布在散射角较小的范围内。     

基于Mie氏散射理论的石墨微球颗粒光散射特性研究

本文应用Mie氏散射理论对石墨微球颗粒光散射的性质进行了理论分析与数值计算,得到了消光特性与入射波长及粒子半径,散射强度与散射角以及散射强度与参数x的关系.结果表明,粒子的半径越小,其消光效果越好;入射波长越小,粒子的前向散射强度越强.因此,通过测量前向散射光的分布可以确定微球体颗粒的半径.     

基于Mie散射理论的磷化镓粒子散射特性

基于Mie散射理论,对磷化镓微球粒子从紫外光区到红外光区的光散射特性进行了数值计算与理论分析,得到了散射强度与散射角、粒子尺寸参数、偏振度与散射角以及光学截面与粒子尺寸参数的关系。结果表明,入射波长越长,粒子半径越小,散射越弱;并且在红外波段光散射很弱,在散射角90°方向上能观测到线偏振光,这为磷化镓材料的制备与应用提供了理论参考。     

1.06 μm激光气溶胶凝聚粒子散射特性

气溶胶是大气电磁环境中的重要组成部分,气溶胶粒子严重影响1.06 m激光的传输特性。单次散射反照率和不对称因子是研究气溶胶中激光传输特性的一个重要参量。基于CCA模型,模拟了由64个球形原始微粒凝聚而成的四种取向气溶胶凝聚粒子。利用离散偶极子近似方法,数值计算了1.06 m激光入射情况下四种形状气溶胶凝聚粒子的单次散射反照率和不对称因子随入射角变化的值;并分析了尺寸参数对单次散射反照率和不对称因子的影响。结果显示:对于相同数目原始微粒的气溶胶凝聚粒子,其单次散射反照率和不对称因子明显依赖于入射光的入射角度和气溶胶凝聚粒子的形状;对于不同尺寸参数的气溶胶凝聚粒子,其单次散射反照率和不对称因子随尺寸参数的增大而增大,当尺寸参数大于3时,气溶胶凝聚粒子的散射主要集中于前向散射。     

大气气溶胶对激光传输衰减的影响研究

在大气气溶胶类型、谱分布的基础上,利用Mie散射理论计算气溶胶在可见光和近红外波段的散射和衰减特性,讨论分析了大气气溶胶对可见光和近红外波段激光传输衰减的影响,计算结果表明,激光传输在很大程度上受粒子的折射率和谱分布的影响;不同类型气溶胶粒子具有不同的折射率和谱分布参数,从而决定了其具有不同的散射和吸收特性;气溶胶粒子的数密度越大,其衰减和散射能力就越强,对激光传输的衰减也就越大;但前后向散射的不对称性只与气溶胶谱分布有关,与数密度无关.所得出的结论有助于准确评估大气气溶胶对激光传输的影响以及提高激光传输、通信和激光测风等应用.     

大连地区典型天气气溶胶光学厚度的计算分析

气溶胶光学厚度不仅是计算气溶胶含量、评价大气环境污染程度、研究大气辐射传输等领域中的一个关键因子,而且在大气辐射传输方程的求解过程中,是透射函数、反射函数等重要参数的基本参数。通过分析气溶胶光学厚度的影响因子,搜集整理典型天气气溶胶粒子复折射率资料和粒子谱分布观测数据,建立典型天气气溶胶粒子复折射率数据库,基于气溶胶粒子谱分布实验数据完善了大连地区典型天气气溶胶粒子谱分布模型,再结合大气能见度等大气参数,利用米散射理论计算了气溶胶消光光学厚度。     

大气短波辐射传输之辐射函数的改进

改进了大气短波辐射传输之辐射函数的定义，将大气散射相函数与大气单次散射反照率之积随高度的变化包括在内．对改进型辐射函数（ＩＲＦ）的性质进行了较深入的研究，其中包括：各次散射光强与ＩＲＦ的关系，ＩＲＦ的解析递推公式，高价ＩＲＦ与零阶ＩＲＦ的解析关系，以及ＩＲＦ关于光学厚度的幂级数等．     

典型地区大气气溶胶谱分布和复折射率特征研究

为了研究典型地区大气气溶胶的谱分布和复折射率的特性,综合运用了黑碳仪、能见度仪、积分浊度仪以及光学粒子计数器等仪器对大气气溶胶进行测量。根据球形粒子的Mie散射理论,利用各仪器测量的数据反演得到气溶胶复折射率,并分析了各个地区的粒子谱分布特征,消光系数和吸收系数随波长的变化关系。结果表明,新疆地区、天津地区、厦门地区及合肥地区的大气气溶胶折射率实部nr都在1.5左右,虚部ni分别为0.01、0.017、0.008和0.016。新疆地区的数浓度谱分布可以用Junge分布来描述,天津地区、合肥地区和厦门地区数浓度谱分布可以用Junge分布和对数正态分布来共同描述。最后还对四地区气溶胶消光和吸收特性随波长的变化关系进行描述,这对于研究气溶胶气候效应具有一定的参考价值。     

Sensitivity of an atmospheric correction algorithm fornon-Lambertian vegetation surfaces to atmospheric parameters

An atmospheric correction algorithm has been proposed by S.A.W. Gerstl and C. Simmer (1986) that removes atmospheric perturbations from off-nadir radiances measured at the top of the atmosphere in the visible and near-infrared wavelength regions. The correction formalism requires as minimum information the total optical depth of the atmosphere and the surface albedo. The sensitivity of the model to assumptions about the aerosol scattering phase function, the single scattering albedo, and the vertical profile of the optical depth are tested. The authors find that the forward scattering asymmetry must be known most accurately to perform a reliable atmospheric correction for aerosol-laden atmospheres when high-resolution and off-nadir imagery is considered and the surface bidirectional reflectance distribution function is to be retrieved     

太赫兹波段信号在雾中的传输特性研究

太赫兹（THz）波提供的通信带宽和容量远大于毫米波。与可见光和红外光相比,THz脉冲的波长较长,在随机介质中传播时,不但会发生时域和空域的形变,介质中的粒子还会对入射波发生散射,这些都会使得脉冲信号发生衰减。根据Mie理论与随机离散分布粒子的波传播与散射理论,计算了THz波信号入射下雾滴粒子的消光系数,分析了不同THz波波长下,雾滴粒子消光系数随粒子尺寸的变化。结合雾滴粒子谱分布,考虑粒子群的平均体系散射特性,得到了不同波长下的平均反照率与相函数。最后分析了THz波段信号在不同能见度雾中的传输特性。结果表明:大气环境中,雾对THz波产生的吸收和衰减不容忽视,不同THz信号的水的折射率虚部的变化严重影响了THz信号在雾中的传输。     

黑碳气溶胶的光散射特性研究

利用光电检测法研究黑碳气溶胶粒子的光散射特性,根据粒子的光散射特性来分析它的尺度谱.黑碳气溶胶粒子在激光的作用下产生散射光,利用光电检测器检测黑碳气溶胶粒子发出的散射光.提出了利用散射光信号的前沿部分进行拟合,得到粒子散射光信号的完整高斯分布.     

典型类型气溶胶散射特性的计算分析

利用云和气溶胶粒子光学特性软件包,对陆地型、海洋型和极地型三种、九类典型气溶胶粒子的散射光学特性进行了数值分析,对比分析了每种类型不同成分对气溶胶粒子体系散射特性的影响,建立了气溶胶散射光学厚度与激光波长、相对湿度的定标关系。对不同类型的气溶胶,气溶胶散射光学厚度随波长的幂指数衰减规律适用范围不同;成分的差异对气溶胶散射光学厚度随波长和相对湿度的变化规律影响较大。根据建立的气溶胶散射光学厚度与波长、相对湿度的定标规律,可为研究非均匀气溶胶粒子体系等效光学特性和激光工程应用提供参考和依据。